CN107227433A - 一种高性能马氏体奥氏体双相钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能马氏体奥氏体双相钢及其制备方法，包括下列组分：C：0.15‑0.38%，Si：1.6‑2.8%，Mn：1.8‑2.7%，Cr：0.6‑1.5%，Al：2.5‑3.8%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，其余为Fe。制备方法为：将钢迅速加热到(Ac3+20)℃，等温5‑30min；再快速淬火到（Ms‑10）℃的温度，停留时间为5‑10s；然后在（Ms‑10）~（Ms+10）温度之间以0.2‑1.0℃/min的速度升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为10‑100min；再淬火到室温，在室温获得高性能马氏体奥氏体双相钢。该技术在较大尺寸产品生产中保证工艺稳定性与组织强韧性。

Description

一种高性能马氏体奥氏体双相钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种高性能马氏体奥氏体双相钢及其制备方法，具体涉及一种含有马氏体奥氏体纳米级双相钢及其制备方法，属于金属材料领域。
背景技术
众所周知，钢铁产业发展需要调整钢材产品结构。中国是钢铁大国，我国的粗钢产量约占世界粗钢产量的46%；但自主创新能力弱，缺乏有技术竞争力的钢铁材料，大多数钢铁企业生产的钢材产品雷同。现在，我国生产的大多数钢铁材料技术都源自其它工业化国家，特别是一些新型的钢铁材料，如：建筑用钢高强度钢、汽车用 DP 钢和 TRIP 钢、能源用T/P91 钢和 T/P92 钢等。因此，在这种形势下，钢铁企业对创新技术的追求在增长，我国钢铁行业担负着通过技术研发提高产品市场竞争力的重任。但是，中国钢铁工业的产品结构始终困扰着中国钢铁业的发展。从数量和品种质量来讲，我国钢铁工业还不能满足国民经济发展的需求。这表明，中国钢铁产品结构失衡。这种状况不利于中国钢铁产业乃至中国经济发展，高端钢材价格昂贵、附加值高，同时对技术要求较高，在这方面仍是一个软肋。我们需要持续不断地开展深入的研究工作，提高自主创新能力，促进高档钢材产品的发展以满足国内需求，调整中低档钢材产品的结构。在这种情况下，我们必须从关注扩大用钢量转变为最大限度地为建筑设施提供轻质和长寿的钢材，针对量大面广的钢铁材料，研发高性能、低成本、易加工、高精度、绿色化钢材，形成自主创新技术，降低能源和矿产资源消耗。高性能化是我国钢铁材料未来的发展方向。
Q&P钢是近几年发展起来的具有较高强度和韧性的第三代汽车用钢。其基本原理是：含Si或（和）Al的钢件先经奥氏体化后淬火至Ms~Mf（Ms为马氏体转变开始温度，Mf为马氏体转变结束温度）之间的某一温度，即形成一定数量的马氏体和残余奥氏体，再在该初始淬火温度或者Ms以上某一温度停留一段时间，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高，从而使残余奥氏体富碳且能够稳定至室温，最后获得由马氏体和残余奥氏体组成的复合组织，从而获得较高的强度和韧性，即良好的综合力学性能。
发明内容
本发明旨在提供一种不仅强度高而且韧性好的纳米级复相钢及其制备方法，且该钢含有马氏体奥氏体纳米级双相显微组织。
本发明提供了一种高性能马氏体奥氏体双相钢，由以下重量百分比的组分组成：
C：0.15-0.38%，
Si：1.6-2.8%，
Mn：1.8-2.7%，
Cr：0.6-1.5%，
Al：2.5-3.8%，
S：≤0.01%，
P：≤0.01%，
其余为Fe。
其中Cr 和Al的加入可增加临界区退火时奥氏体中的碳含量而降低该奥氏体的Ms温度（马氏体转变温度）至较低温度。
进一步地，所述的高性能马氏体奥氏体双相钢，由以下重量百分比的组分组成：
C：0.19-0.25%， Si：2.0-2.7%， Mn：1.8-2.2%， Cr：1.1-1.5%， Al：2.5-3.1%， S：≤0.01%， P：≤0.01%， 其余为Fe。
所述的高性能马氏体奥氏体双相钢，其抗拉强度Rm为1346~1366MPa，屈服强度Rp0.2为828~852MPa，总延伸率为12.3~13.1%。
本发明提供了一种高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，主要包括以下步骤：
第一步，首先将原料钢迅速加热到奥氏体化温度以上20℃，等温5-30min，使其充分奥氏体化；
第二步，以50-100℃/s的速度快速淬火到 马氏体转化温度以下10℃，停留时间为5-10s；
第三步，然后在（Ms-10）~（Ms+10）温度之间以0.2-1.0℃/min的速度进行升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为10-100min，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高；
第四步，最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
所述原料钢，其基体组织需选择马氏体组织，该马氏体组织应该以含有高密度位错的细板条马氏体为主。
本发明提供了一种满足大规模生产的高强韧性复相钢及其热处理方法，采用上述技术方案，利用淬火、持续升温碳分配、淬火的方法，获得了双相钢组织。本发明与传统碳分配工艺相比，通过持续慢速升温以及新的合金与相变设计实现在等温过程中发生碳分配，该技术可在较大尺寸产品生产中保证工艺稳定性与组织强韧性，且更适合工业化大生产。
本发明首先要保证钢的高强度，其基体组织需选择马氏体组织，该马氏体组织应该以含有高密度位错的细板条马氏体为主。其次，通过先进热处理工艺即持续升温碳分配的工艺来使马氏体板条间要存在有残余奥氏体薄膜。最终获得含有位错型马氏体和残余奥氏体的双相复合组织。所制备钢的韧性得到了较大的提高且保持了较高的强度。其高强度来源于马氏体和复合组织的细晶强化与位错强化，良好的塑性来源于组织中存在适量的残余奥氏体和初始淬火马氏体组织的软化。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1
本发明实施例钢的组分及重量百分比含量为：C：0.19%，Si：2.1%，Mn：1.8%，Cr:1.5%，Al：2.5%，S:0.006%，P:0.007%，其余为Fe。
首先将钢迅速加热到奥氏体化温度900℃，等温10min，使其充分奥氏体化；再以90℃/s的速度快速淬火到370℃，停留时间为5s；然后在390℃以0.2℃/min的速度进行升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为50min；使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高；最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第 1部分：室温试验方法》检验所得复相钢产品，拉伸实验在Zwick T1-FR020TN A50标准拉伸实验机上进行。经测试，钢的抗拉强度Rm为1346MPa，屈服强度Rp0.2为828MPa，总延伸率为13.1%。
实施例2
本发明实施例钢的组分及重量百分比含量为：C：0.22%，Si：1.6%，Mn： 2.6%，Cr：0.8%，Al：2.9%，S：0.006%，P：0.008%，其余为Fe。
首先将钢迅速加热到奥氏体化温度950℃，等温15min，使其充分奥氏体化；再以50℃/s的速度快速淬火到 365℃，停留时间为7s；然后在385℃以0.4℃/min的速度进行升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为60min；最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第 1部分：室温试验方法》检验所得复相钢产品，拉伸实验在Zwick T1-FR020TN A50标准拉伸实验机上进行。经测试，钢的抗拉强度Rm为1359MPa，屈服强度Rp0.2为837MPa，总延伸率为12.9%。
实施例3
本发明实施例钢的组分及重量百分比含量为：C：0.32%，Si:2.6%，Mn： 2.1%，Cr:1.1%，Al： 3.2%，S：0.007%，P：0.005%，其余为Fe。
首先将钢迅速加热到奥氏体化温度1000℃，等温20min，使其充分奥氏体化；再以70℃/s的速度快速淬火到 340℃，停留时间为8s；然后在360℃以0.5℃/min的速度进行升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为80min；最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第 1部分：室温试验方法》检验所得复相钢产品，拉伸实验在Zwick T1-FR020TN A50标准拉伸实验机上进行。经测试，钢的抗拉强度Rm为1366MPa，屈服强度Rp0.2为852MPa，总延伸率为12.3%。
实施例4
本发明实施例钢的组分及重量百分比含量为：C： 0.38%，Si：1.8%，Mn： 2.7%，Cr：1.4%，Al： 3.8%，S：0.006%，P：0.007%，其余为Fe。首先将钢迅速加热到奥氏体化温度1150℃，等温20min，使其充分奥氏体化；再以80℃/s的速度快速淬火到320℃，停留时间为10s；然后在340℃以0.6℃/min的速度进行升温，且进行持续升温碳分配，持续时间为40min；最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第 1部分：室温试验方法》检验所得复相钢产品，拉伸实验在Zwick T1-FR020TN A50标准拉伸实验机上进行。经测试，钢的抗拉强度Rm为1359MPa，屈服强度Rp0.2为843MPa，总延伸率为12.5%。

Claims (8)

1.一种高性能马氏体奥氏体双相钢，其特征在于由以下重量百分比的组分组成：
C：0.15-0.38%，
Si：1.6-2.8%，
Mn：1.8-2.7%，
Cr：0.6-1.5%，
Al：2.5-3.8%，
S：≤0.01%，
P：≤0.01%，
其余为Fe。
2.根据权利要求1所述的高性能马氏体奥氏体双相钢，其特征在于由以下重量百分比的组分组成：
C：0.19-0.25%， Si：2.0-2.7%， Mn：1.8-2.2%， Cr：1.1-1.5%， Al：2.5-3.1%， S：≤0.01%， P：≤0.01%， 其余为Fe。
3.根据权利要求1所述的高性能马氏体奥氏体双相钢，其特征在于：该双相钢的抗拉强度Rm为1346~1366MPa，屈服强度Rp0.2为828~852MPa，总延伸率为12.3~13.1%。
4.一种权利要求1~3任一项所述的高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，首先将原料钢迅速加热到奥氏体化温度以上20℃，等温5-30min，使其充分奥氏体化；
第二步，快速淬火到 马氏体转化温度以下10℃，停留时间5-10s；
第三步，然后在（Ms-10）~（Ms+10）温度之间范围内进行慢速升温，且进行持续升温，持续时间为10-100min，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高；
第四步，最后再淬火到室温，在室温获得稳定马氏体和残余奥氏体的双相组织。
5.根据权利要求4所述的高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述原料钢，其基体组织选择马氏体组织，该马氏体组织以含有高密度位错的细板条马氏体为主。
6.根据权利要求4所述的高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于：第二步中，快速淬火的速度为50-100℃/s。
7.根据权利要求4所述的高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于：第三步中，在（Ms-10）~（Ms+10） 的温度范围内进行慢速升温，实现了碳分配。
8.根据权利要求4所述的高性能马氏体奥氏体双相钢的制备方法，其特征在于：所述第三步中慢速升温的速度为0.2-1.0℃/min。
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